DE2944276A1 - Mehrteiliges mikroschaltkreisgehaeuse und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents
Mehrteiliges mikroschaltkreisgehaeuse und verfahren zur herstellung desselbenInfo
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Description
Patentanwälte 2 ΰ h A 2 7
Wenzel & Kalkoff
Postfach 2448
5810 Witten/Ruhr
Postfach 2448
5810 Witten/Ruhr
Anmelder: Isotronics, Incorporated
Industrial Park
New Bedford, Massachusetts 02745
USA
Bezeichnung: Mehrteiliges Mikroschaltkreis-
gehäuse und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung; betrifft ein mehrteiliges Mikroschaltkreisgehäuse,
welches zur Aufnahme eines elektrischen Mikroschaltkreises dient und insbesondere dazu geeignet ist, durch Befestigung
eines Deckels hermetisch verschlossen zu werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Mikroschaltkreisgehäuses.
Gemäß dem Stand der Technik wird zum Einkapseln von Mikroschaltkreisen
in einem gegen Umgebungseinflüsse schützenden Gehäuse in der Regel ein rechteckiges oder quadratisches
boxartiges Metallgehäuse verwendet, welches aus einem einstückigen Seitenwand- oder Rahmenteil besteht, der auf einem
Boden angebracht ist. Öffnungen in dem Seitenwandteil ermöglichen das Herausführen von Leitungen aus dem Gehäuse, und
zwar gewöhnlich über Glasdichtungen. Das Gehäuse wird dadurch verschlossen, daß ein Deckel auf der oberen Oberfläche der
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Seitenwand, abdichtend angebracht wird, nachdem das Mikro-Schaltkreissubstrat
und weitere elektronische Bauteile innerhalb des Gehäuses angeordnet worden sind. Bei einigen Anwendungen,
insbesondere wenn die Fertigungsmengen gering sind oder Beschränkungen hinsichtlich des Zeitaufwandes bestehen
derart, daß die notwendige Werkzeugerstellung nicht praktikabel ist, sind jedoch Hersteller von Mikroschaltkreisgehäusen
auf eine Bauweise mit Verwendung von mehrteiligen Gehäusen übergegangen. Bei der bekannten mehrteilige Gehäuse verwendenden
Methode werden vier getrennte metallische Seitenwände zu einem zusammengesetzten Rahmen z. B. durch Löten montiert.
Dieser zusammengesetzte Rahmen wird in derselben Weise verwendet wie der gebräuchlichere einstückige Rahmen. Mit dieser
Mehrkomponentenmethode können sowohl steckbare Gehäuse als auch flache Gehäuse (Flachpakete) hergestellt werden.
Die Mehrkomponentenmethode zur Herstellung von Ganametallgohäusen
hat zwar, wie oben beschrieben, ein bestimmtes bestehendes Bedürfnis befriedigt; ,jedoch bestehen bei der Anwendung
dieser Methode Schwierigkeiten. Aufgrund der zusammengesetzten Konstruktion enthält die obere Überfläche des Gehäuses
eine Anzahl von möglichen Unregelmäßigkeiten an der Stelle der Lötverbindung zwischen den verschiedenen Teilen.
Diese Unregelmäßigkeiten ergeben sich aus einer mangelnden Anpassung der Rahmenteile und/oder aus Lötunterhöhlungen. Die
mit dieser Methode erreichbaren Toleranzen sind zwar für einige Anwendungen zufriedenstellend; bei den meisten Anwendungen,
bei denen die Verwendung von Ganzmetallgehäusen vorgesehen ist, wird jedoch hohe Zuverlässigkeit verlangt. Aus
diesem Grunde ist es äußerst wichtig, daß die Gehäuse in einfacher Weise hermetisch verschlossen werden können. Das mehrteilige
Gehäuse mit seinen auf mangelnder Anpassung oder Lötunterhöhlungen beruhenden Oberflächenunregelmäßigkeiten läßt
sich nur sehr schwierig mit einem Metalldeckel durch Löten hermetisch verschließen. Darüber hinaus ist es praktisch un-
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möglich, ein derartiges Gehäuse durch Schweißen zu verschließen.
Da die meisten kommerziellen Anwendungen ein Verschweißen erfordern, ist bisher die Verwendung der Mehrkomponentenmethode
in erster Linie auf die Herstellung von Prototypen beschränkt gewesen.
Es würde daher eine wertvolle Bereicherung der Technik darstellen,
wenn man ein Mikroschaltkreisgehäuse herstellen könnte, welches die Flexibilität, die einfache Herstellbarkeit
und den geringen Kostenaufwand der Mehrkomponenten-Bauweise mit der Zuverlässigkeit des hermetischen Verschlusses
der einen einstückigen Rahmen verwendenden Bauweise vereint.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mehrteiliges Mikroschaltkreisgehäuse zu schaffen, welches einfach
und mit geringem Aufwand und insbesondere ohne hohe Werkzeugkosten hergestellt werden kann und welches eine glatte gleichmäßige
obere Verbindungsfläche aufweist, an welcher ein Deckel in einfacher und zuverlässiger Weise hermetisch abdichtend
angebracht werden kann. Gemäß einer besonderen Ausbildung soll ferner das Gehäuse auch in geringen Mengen ökonomisch
herstellbar sein.
Ein erfindungsgemäßes mehrteiliges Mikroschaltkreisgehäuse weist einen unteren Gehäuseteil mit einem Boden und einem
kontinuierlichen zusammengesetzten Seitenwandrahmen auf, der aus mindestens zwei getrennten Seitenwandteilen gebildet
worden ist, wobei sich auf der oberen Seite des zusammengesetzten Seitenwandrahmens mindestens eine Seitenwandteil-Seitenwandteil-Verbindungsstelle
befindet. Auf der oberen Oberfläche des zusammengesetzten Seitenwandrahmens ist ein
einstückiger kontinuierlicher Rahmenoberteil befestigt, der eine gleichmäßige obere Oberfläche bietet, auf der ein Ge-
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häusedeckel hermetisch abdichtend angebracht werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen,
die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeilen:
Fig. 1 eine Draufsicht von oben auf ein mehrteiliges
Mikroschaltkreisgehäuse gemäß der Erfindung;
Fip;. 2 eine Seitenansicht des Gehäuses von Fir,. 1; und
Fig. 5 eine teilweise Seitenansicht einer weiteren Ausbildung des Gehäusebodens.
Dor erste Schritt bei der Herstellung des Mikroschaltkreisgehäuses
besteht darin, einen unteren Gehäuseteil herzustellen. Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist dieser
untere Gehäuseteil von im wesentlichen rechteckiger Form und besteht aus vier Seitenwandteilen 1, 2, 3 und 4, die aneinander
befestigt sind, um einen zusammengesetzten Rahmen zu bilden, der an einem Bod· η 5 befestigt ist. Ein wichtiges Merkmal
des in dieser Weise aufgebauten Gehäuses ist die erzielte Flexibilität". Bei der Auswahl eines geeigneten unteren
Gehäuseteils besteht das einzige Erfordernis darin, daß dieses mindestens einen unregelmäßigen Bereich auf der oberen
Oberfläche des Rahmens aufweist, der durch Befestigen der Seitenwandteile aneinander gebildet worden ist.
Die in den Zeichnungen gezeigte Form ist zwar rechteckig; für den Fachmann ist es ,jedoch ohne weiteres ersichtlich,
daß ,jede beliebige in der Mikroschaltkreisindustrie gebräuchliche
Form verwendet werden kann. In ähnlicher Weine können auch die exakten Abmessungen des Gehäuses auf den ,jeweiligen
Anv/endungsfall abgestimmt werden. Wie oben beschrieben
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wurde, ermöglicht die für die Mehrkomponentenmethode charakteristische
Flexibilität den Bau von Gehäusen in ,jeder gewünschten Abmessung.
Ferner ist es nicht notwendig, daß der untere Gehäuseteil
aus fünf getrennten Teilen gebildet wird, wie in der Zeichnung
p;ezeip;t wird. Wie oben angedeutet wurde, ist es lediglich erforderlich,
daß sich mindestens eine Verbindungsstelle auf der oberen Oberfläche des zusammengesetzten Rahmens befindet.
Der untere Gehäuseteil kann daher auch von zwei L-förmi^en
Seitenwandteilen und einem Boden gebildet werden, die zur Bildung einer boxähnlichen Struktur miteinander verbunden werden.
In ähnlicher Weise können ein oder mehrere Seitenwandteile einstückig mit dem Boden ausgebildet sein.
Die genaue Ausbildung des unteren Gehäuseteils hän^t. natürlich
von der ,jeweiligen Anwendung ab. Grundsätzlich ist diese Mehrkomponentenbauweise
bei steckbaren Gehäusen sowie bei Flach-Gehäusen anwendbar. Kin derartiges Flachp;ohäuse enthält in
bekannter Weise in den Seitenwandteilen mehrere Öffnungen für metallische Leitungen. Diese Öffnungen können in bekannter
Weise in die getrennten Seit-enwandteile oder in den zusammengebauten
Rahmen gebohrt werden.
Die isrfindun.n; ist mit hohem Nutzen auf dem Gebiet der Metallgehäuse
anv/endbar. Üblicherweise werden diese Gehäuse aus KOVAIi oder aus kaltgewalztem Stahl hergestellt; rostfreier
Stahl und andere ähnliche Metalle können ,jedoch ebenfalls
verwendet werden. Es ist natürlich nicht notwendig, daß alle Komponenten des Gehäuseteils aus demselben Metall bestehen.
Wenn verschiedene Materialien verwendet werden, muli ,iedoch dafür Sorr;e ^etragen werden, daß die thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Materialien in dein verwendeten 'Pemperatui'bereich
ungefähr gleich sind. Somit; können ,"je nach Wunsch Gehäuse
mit besonderen Metallboden verwendet werden. Im Fall eines
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Ganzmetallgehäuses wird die Verbindung zwischen den Teilen
gewöhnlich durch Löten bewirkt. Eine typische Lötverbindung, die beim Zusammenbau eines .Rahmens aus KOVAH verwendbar d st,
enthält Kupfer. Andere Lötmaterialien, die auf die Jeweils verwendeten Metalle zugeschnitten sind, sind dem Fachmann bekannt.
Die Temperaturen, bei denen diese Materialien benutzt werden, sind ebenfalls bekannt.
Die Erfindung ist ferner in besonderen Fällen anwendbar, in denen Nichtmetalle, wie z. B. Keramikmaterialien, für den
Gehäuseboden verwendet werden. Unter den Keramikmaterialion, die für den Gehäuseboden verwendet werden können,befinden sich
Aluminium- und Berylliumoxid.
Fig. 3 zeigt eine teilweise Seitenansicht einer für eine
spezielle Anwendung vorgesehenen Ausführungsform des unteren Gehäuseteils. Diese Fig. zeigt einen Gehäuseteil, der einen
keramischen Boden 7 und eine metallische Seitenwand 8 aufweist. Eine Leitung 9 verläuft, wie gezeigt, durch eine Glasdichtunr:
10. Der Boden und die Seitenwand sind durch einen metallischen Montagering 11 miteinander verbunden, an dom
sich einstückig ein Flansch 12 befindet, der von einem Vorsprung 13 getragen wird. Die Gehäuseanordnung kann mittels
vorgefertigter Bohrungen 14 in der Flansch-Vorsprung-Anordnung
festgeschraubt werden. Diese Ausführungsform ist eine von vielen möglichen Ausführungen des unteren Gehäuseteils,
die im Rahmen der Erfindung möglich sind.
Der zweite Schritt bei der Bildung des mehrteiligen Mikroschaltkreis^ehäuses
besteht darin, daß ein einstückiger kontinuierlicher Rahmenoberteil an der oberen Oberfläche des zusammengesetzten
oeitenwandrahmens befestigt wird. Dieser Rahmenoberteil hat eine gleichmäßige obere Oberfläche, welche die
hermetische Abdichtung eines Deckels an dem Gehäuse durch übliche Techniken erleichtert.
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Der Rahmenoberteil ist vorzugsweise metallisch. Für die meisten
Anwendungen kann der Rahmenoberteil aus demselben Metall wie die Seitenwandteile, z. B. aus KOVAR, bestehen. Einander
unähnliche Metalle können jedoch ebenfalls verwendet werden, solange diese miteinander befestigt werden können und aufeinander
abgestimmte thermische Ausdehnungskoeffizienten haben.
Der Rahmenoberteil kann an der oberen Oberfläche des zusammengesetzten
oeitenwandrahmens in irgendeiner üblichen Weise befestigt
werden. Für die meisten Anwendungen wird Löten vorgezogen. Wie oben angedeutet wurde, sind die bei den ,ieweils
für geeignet befundenen Metallen verwendbaren Lötmaterialien und -temperaturen dem Fachmann bekannt.
Der Rahmenoberteil wird vorzugsweise in einer Größe und Form
vorgesehen, die im wesentlichen kongruent ist mit der oberen
Oberfläche des kontinuierlichen zusammengesetzten Goitonwandrahmens.
Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsi-'orrn ist:
somit der Rahmenoberteil 6 ein bildrahmenförmiges Bauteil. Es versteht sich ,iedoch, daß der Rahmenoberteil sich über die
Breite des oeitenwandrahmens hinaus erstrecken kann oder auch etwas schmaler als der Seitenwandrahmen sein kann, solange
eine gleichmäßige obere Dichtungsflache für den Deckel [gewährleistet
ist.
Nachfolgend wird zum besseren Verständnis ein besonderes Ausführungsbeispiel
beschrieben.
Dieses Beispiel demonstriert das erfindungsgemäße Verfahren
bei der Fertigung eines einfachen rechteckigen mehrteiligen
Mikroschaltkreisgehäuses. Die Gesamtabmessungen des fertigen Gehäuses sind 7,62 cm χ 7,62 cm χ 0.6J5 cm (Höhe). Der untere
Gehäuseteil wird von vier rechteckigen Seitenwandteilen gebildet, die aus 0,13 cm dickem KOVAR bestehen und so zusammen-
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gelötet worden sind, daß ein boxfürmi^er zusammengesetzter
Rahmenteil entstanden ist, der oben und unten offen ist. Dieser boxförmire Rahmenteil v/ird dann auf den nietalliechen Moden
aufgelötet. Bei dem letzten Verfahrensschritt wird ein metallischer
Rahmenoberteil, der die Form eines einstückir;en Bildrahmens aufweist, an der oberen Oberfläche des
>">e:i tenwandrahmens wiederum durch Löten befestigt. Der liuhmpnoborteil
besteht nur. 0,0S1 cm dickem KOVAf?, welches vorher chemisch
bearbeitet worden ist, um genaue Abmessungen und eine
Gleichmäßigkeit der Oberfläche sicherzustellen.
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L e e r s e i t e
Claims (26)
- Patentanwälte I^ U L I /6Wenzel & Kalkoff
Postfach 2448
Witten/RuhrPatentansprücheHermetisch verschließbares mehrteiliges Mikroschaltkreisgehäuse, gekennzeichnet durcha) einen unteren Gehäuseteil mit einem Boden (S) und einem kontinuierlichen zusammengesetzten Seitenwandrahmen, der aus mindestens zwei gesonderten oeitenwandteilen (1-4) besteht, die in solcher Weise zusammengefügt worden sind, daß die obere Oberfläche dos zusammengesetzten Seitenwandrahmens mindestens eine „Sei tenwandtei1-Seitenwandtei!-Verbindung au fweist,b) und durch einen einstückigen kontinuierlichen iiahmenoberteil (6), der an der oberen Oberfläche des Heitenwandrahmens befestigt ist und eine gleichmäßige obere Oberfläche aufweist, auf der ein Gehäusedeckel hermebisch abdichtend anbringbar ist. - 2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzei c h net, daß die Seitenwandteile (1-4) aus Metall bestehen.
- j>. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Boden (5) aus Metall besteht.
- 4. Gehäuse nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die oeitenwandteile (1-4) aneinander durch Löten, vorzugsweise durch Hartloten, befestigt sind.030020/0793
- 5. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (5) aus Keramikmaterial besteht.
- 6. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (5) mit mindestens einem der Seitenwandteile (1-4) einstückig ausgebildet ist.
- 7. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Heitenwandrahmen mit mindestens einer zur Durchführung eines Leitungsdrahtes (9) dienenden Durchgangsöffnung versehen ist.
- 8. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Rahmenoberteil (6) aus Metall besteht.
- 9. Gehäuse nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Rahmenoberteil (6) im wesentlichen kongruent mit der oberen Oberfläche des ooitenwandrahmens ist.
- 10. Gehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Rahmenoberteil (6) an der oberen Oberfläche des oeitenwandrahmens durch Löten befestigt ist.
- 11. Gehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenoberteil zur l'Jrzielung einer gleichmäßigen Oberseite chemisch bearbeitet i.r;t.
- 12. Gehäuse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenoberteil (6) unter Bildung einer gleichmäßigen Oberseite ausgestanzt ist.030020/079329U276
- 13· Hermetisch verschließbares mehrteiliges Ganzmetall-Gehäuse zur Aufnahme von Mikroschaltkreisen, gekennzeichnet durcha) einen unteren Gehäuseteil bestehend aus einem metallischen Boden (5)» der an einen kontinuierlichen zusammengesetzten Seitenwandrahmen angelötet ist, welcher Seitenwandrahmen durch Zusammenlöten mehrerer metallischer Seitenwandteile (1-4) gebildet worden ist und auf seiner oberen Oberfläche mindestens eine Lötverbindung aufweist,b) und durch einen einstückigen kontinuierlichen metallischen Rahmenoberteil (6), der auf der oberen Oberfläche des öeitenwandrahmens angelötet ist, um eine gleichmäßige obere Oberfläche zu bilden, auf welcher ein Gehäusedeckel hermetisch abdichtend angebracht werden kann.
- 14. Verfahren zur Herstellung eines hermetisch verschließbaren mehrteiligen Mikroschaltkreisgehäuses nach Ansoruch , dadurch gekennzeichnet ,a) daß ein unterer Gehäuseteil mit einem Boden (S) und einem kontinuierlichen zusammengesetzten Seitenwandrahmen vorgesehen wird und der Seitenwandrahmen dadurch gebildet wird, daß mindestens zwei gesonderte Seitenwandteile (1-4) derart aneinander befestigt werden, daß die obere Oberfläche des zusammengesetzten Seitenwandrahmens mindestens eine Seitenwandteil-Seitenwandteil-Verbindung aufweist,b) und daß ein einstückiger kontinuierlicher Rahmenoberteil (6) an der oberen Oberfläche des Seitenwandrahmens befestigt wird, um eine gleichmäßige obere Oberfläche bereitzustellen, auf welcher ein Gehäusedeckel hermetisch abdichtend angebracht werden kann.030Q20/07932 9 A 4 2 7
- 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß Seitenwandteile (1-4) aus Metall verwendet werden.
- 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet , daß ein Boden (5) aus Metall verwendet wird.
- 17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenwandteile (1-4) durch Löten aneinander befestigt werden.
- 18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß ein Boden (5) aus einem keramischen Material verwendet wird.
- 19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß ein mit mindestens einem der Seitenwandteile (1-4) einstückig ausgebildeter Boden (5) verwendet wird.
- 20. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Leitungsdraht-Durchführungen in dem kontinuierlichen zusammengesetzten Seitenwandrahmen vorgesehen werden.
- 21. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η -ζ e i c h η et , daß ein Rahmenoberteil verwendet wird, der im wesentlichen kongruent ist mit der oberen Oberfläche des zusammengesetzten Seitenwandrahmens.
- 22. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß ein Rahmenoberteil (6) aus Metall verwendet wird.030020/0793
- 23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Rahmenoberteil (6) an der oberen Oberfläche des Seitenwandrahmens durch Löten befestigt wird.
- 24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Rahmenoberteil zwecks Erzielung einer gleichmäßigen oberen Oberfläche chemisch bearbeitet wird.
- 25. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß der Rahmenoberteil (6) zur Erzielung einer gleichmäßigen oberen Oberfläche ausgestanzt wird.
- 26. Verfahren zur Herstellung eines hermetisch verschließbaren mehrteiligen Ganzmetall-Mikroschaltkreisflachgehäuses aus mehreren getrennten Teilen, dadurch gekennzeichnet ,a) daß ein unterer Gehäuseteil mit einem an einen kontinuierlichen zusammengesetzten Seitenwandrahmen angelöteten metallischen Boden (5) vorgesehen wird, welcher zusammengesetzte Seitenwandrahmen dadurch gebildet worden ist, daß mehrere metallische Seitenwandteile (1-4) zusammengelötet worden sind unter Bildung mindestens einer Lötverbindung auf der oberen Oberfläche des Seitenwandrahmens,b) und daß ein einstückiger kontinuierlicher metallischer Rahmenoberteil (6) auf die obere Oberfläche des zusammengesetzten Seitenwandrahmens aufgelötet wird, um eine gleichmäßige obere Oberfläche zu bilden, auf welcher ein Gehäusedeckel hermetisch abdichtend angebracht werden kann.030020/0793
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